Термодинамические системы, параметры и процессы

Термодинамическая система – совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией как между собой, так и с внешней средой.

Замкнутая термодинамическая система – система, не обменивающаяся с внешней средой ни энергией, ни веществом.

Термодинамические параметры (параметры состояния) – температура, давление, объем.

Термодинамический процесс – любое изменение в термодинамической системе, связанное с изменением хотя бы одного из ее термодинамических параметров.

Система находится в термодинамическом равновесии, если ее состояние с течением времени не меняется (внешние условия при этом не изменяются).

Температура – физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы и определяющая направление теплообмена.

Шкала температур Международная практическая шкала (шкала Цельсия)

Градуируется в градусах Цельсия (⁰С). Определяется двумя реперными точками: 0⁰С и 100⁰С – соответственно температуры замерзания и кипения воды при давлении 1,013∙10⁵ Па.

Термодинамическая температурная шкала (шкала Кельвина)

Градуируется в кельвинах (К). Определяется по одной реперной точке, в качестве которой взята тройная точка воды ( температура, при которой лед, вода и насыщенный пар при давлении 609 Па находятся в термодинамическом равновесии). Температура этой точки по данной шкале равна 273,16 К (точно). Температура Т=0 К называется нулем Кельвина.

В термодинамической шкале температура замерзания воды равна 273,15 К (при том же давлении, что и в Международной практической шкале).

Термодинамическая температура (Т) и температура t по Международной практической шкале связаны соотношением Т =273,15 + t.

Законы, описывающие поведение идеальных газов Идеальные газы

Свойства:

1. Собственный объем молекул газа пренебрежительно мал по сравнению с объемом сосуда.

2. Между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия.

3. Столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.

Эта модель может быть использована при изучении реальных газов, так как они в условиях, близких к нормальным, а также при низких давлениях и высоких температурах близки по свойствам к идеальному газу.

Основные понятия молекулярно-кинетической теории

Атом – наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.

Молекула – наименьшая устойчивая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами и состоящая из атомов, соединенных между собой химическими связями.

Количество вещества – физическая величина, определяемая числом специфических структурных элементов – молекул, атомов и ионов, из которых состоит вещество (единица количества вещества – моль).

Постоянная Авогадро - моль^-1.

Молярная масса - ( - масса одной молекулы; - постоянная Авогадро). Единица молярной массы – 1 кг/моль.

Молярный объем – V_м = ᴠ/ единица молярного объема – 1м³/моль.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории

Исходные положения:

• Рассматривается одноатомный идеальный газ.

• Молекулы газа совершают хаотическое движение, причем все направления движения равновероятны (основание – давление газа на стенки сосуда одинаково).

• Число взаимных столкновений между молекулами газа пренебрежимо мало по сравнению с числом ударов о стенки сосуда.

• Соударения молекул со стенками сосуда абсолютно упругие.

• Для упрощения расчетов хаотическое движение молекул заменяют движением вдоль трех взаимно-перпендикулярных направлений, причем в любой момент вдоль каждого из них движется 1/3 молекул (из них 1/6 молекул движется вдоль данного направления в одну сторону, а 1/6 молекул – в другую).

• Всем молекулам приписывают одинаковые скорости v.

На стенке сосуда выделяется площадка . За время до площадки долетят все движущиеся по направлению к ней молекулы, заключенные в объеме цилиндра с основанием и высотой v : 1/6∙n∙ ∙ v (n – концентрация молекул).

Импульс, передаваемый молекулами при столкновении с площадкой

При каждом соударении молекула, движущаяся перпендикулярно площадке, передает ей импульс (m₀ – масса молекулы).

Давление газа, оказываемое им на стенку сосуда

(ᴠ - скорости молекул, вначале принятые одинаковыми).

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов (МКТ)

Если газ в некотором объеме V содержит N молекул, движущихся со скоростями v₁, v₂, …, v_n, то вводят среднюю квадратичную скорость

(р – давление газа; n – концентрация молекул; m₀ – масса одной молекулы; - средняя квадратичная скорость молекул).

Другие формы записи основного уравнения МКТ

Основное уравнение МКТ

	Учли, что
	Для 1 моля газа

p, V – соответственно давление и объем; N - число молекул в объеме V; m₀ – масса одной молекулы; - средняя квадратичная скорость молекул; Е – суммарная кинетическая энергия поступательного движения всех молекул газа; - масса газа; V_m – молярный объем; М – молярная масса.